溶凝胶法制备硼硅玻璃

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显微 照片 ， 薄膜的 厚度为 １０ｎ ０ ｍ。从 图中可看 出 ：Ｅ Ｐ Ｇ相 对分子 量 的变化 对 ＳＯ ｉ 颗 粒大 小 产生影 响 。薄膜
表 面有 一 定 的起 伏 ， 示 孔 隙 结 构 的存 在 。当 添 加 Ｐ Ｇ Ｋ后 ， 面 产 生 ２ ｍ 的 ＳＯ 显 Ｅ １ 表 ０ｎ ｉ 颗 粒 ； 当添 加 而
本 文 以正硅酸 乙酯 、 乙二醇为 主要原料 ， 聚 用酸催化 法在硼 硅酸盐玻璃 上制备 ＳＯ 减 反射 薄膜 ， ｉ 着重研
究 了聚乙二醇 的用量 和相对 分子量对 二氧化 硅薄膜光 学性能 的影响 。
１ 实 验
１ １ 溶胶的制 备 ． 实验用正硅 酸 乙酯 （ Ｅ Ｓ 、 水 乙醇 、 Ｔ Ｏ ）无 盐酸 、 聚乙二醇 （ Ｅ 均为 化学 纯 ， 乙二醇 的相对 分子 量分 别 Ｐ Ｇ） 聚
１ ２ 基片 的准 备 ．
将硼硅酸盐 玻璃基 片 Ｇ １ （０ｍｌ ２ ｉ × ｌ，宜兴 银 星分 析实 验器 件 厂 ） Ｇ ７ ７ ｎ× ５ｍｌ ２ｍｎ ｌ 用洗 洁精 和 去离子 水
冲洗若干次 ， 后用无水 乙醇浸 泡后 ， 最 用镜头 纸擦 干表面液 滴 ， 放置在 ５ ￣ ０Ｃ的干燥箱 内备用 。
收稿 日期 ：０８—０ ２０ ９—２ ４ 作者简介 ： 郑晔（ ９４ 一 ） 男 ， １８ ， 上海人 ， 硕士研究生， 主要从事无机薄膜 的研究。
第３ ７卷 第 ２期
玻 璃与搪 瓷
・ ７・
视 引。通过在 热 处 理 过 程 中 烧 除 高 分 子 聚 合 物 ， 表 面 形 成 ＳＯ 使 ｉ ：孔 隙 结 构 ， 高 了 光 的 透 过 性 提 能 －，－ ］ ６７３１ 。近年来 随着对太 阳能利 用 的广泛 需求 ， 硼硅酸盐 玻璃上研 制减反射 薄膜 势在必行 。 １ ４ 在
２ 结 果 与讨 论
２ １ 薄膜 的表 面形貌 ．
图１ 为添加 Ｐ Ｇ Ｋ后制得的 Ｓ Ｅ１ ｉ 薄膜［ Ｐ Ｇ ／ （ Ｅ Ｓ ５／ ０ 的表面光学显微镜图片 ， ２ Ｏ （Ｅ ） ｎ Ｔ Ｏ ）＝ ０ ５ ］ 图 为该 薄膜的扫描显微镜照片。从图中可以看出： 薄膜表面非常平整 ， 颗粒分布均匀 ， 没有明显 的开裂现象。在本 实验 中， 将制备 好 的薄膜 在 ５ ￣ ０Ｃ的干燥箱 内干燥 １ ， ｈ 能够控制水 分 的蒸发 速率 ， 释溶胶相 向凝胶相 转变过 缓 程 中产 生 的应力 。 同时 ， 慢升 温 能够 防止 薄膜 因高 分子 分解 而 造成 的对 原 有结 构 的破 坏 ， 缓 得到平 整 的薄
（ ｅａｔｅｔ ｆｎ ｒ ｎｃＭａ ｒｌ， ａｔ ｈｎ ｎ ｅ ｉ ｆ ｃ ｎｅａｄＴｃｎｌｇ ， ｈ ｇａ ２０ ３ ， ｈｎ ） Ｄ ｐｒ ｎ ｏ ａｉ ｍ ｏ Ｉ ｇ ｔ ｉ ｓ Ｅ ｓ Ｃ ｉ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｏ ｉ ｃ ｅｈ ｏ ｙ Ｓ ａ ｈｉ ０ ２ ７ Ｃ ｉａ ｅａ ａ ｖ ｓｙ Ｓ ｅ ｎ ｏ ｎ
第３ ７卷 第 ２期
２０ ０ ９年 ４ 月
玻 璃 与搪 瓷
ＧＩ Ｓ Ａ Ｓ＆ ＥＮＡＭＥＬ
Ｖｏ ．３ ． １ ７ Ｎｏ ２ Ａｐ ． ０ ｒ ２ ０９
溶胶 一凝胶 法 制备 硼 硅 酸盐 玻 璃 上减 反 射 薄 膜
郑 晔 ， 陈 奇， 宋 鹂， 李会平 ， 侯凤珍
２０ ３ ） Leabharlann Baidu２ ７
图 ３ ａ 添加 Ｐ Ｇ Ｋ的 Ｓ ２ （） Ｅ１ ｉ 薄膜表面的 Ａ Ｍ 图 Ｏ Ｆ
图 ３ ｂ 添加 Ｐ Ｇ Ｋ的 ｓ０ 薄膜表 面的 Ａ Ｍ 图 （） Ｅ６ ｉ２ Ｆ
图 ３ ａ 和图 ３ ｂ 分别为添加了 Ｐ Ｇ Ｋ和 Ｐ Ｇ Ｋ的 Ｓ ： （） （） Ｅ１ Ｅ６ ｉ 薄膜 ［ （ Ｅ ）ｎ Ｔ Ｏ ） ５／０ 的原子力 Ｏ ｎＰ Ｇ ／ （Ｅ Ｓ ＝ ０５］
Ａｂｓｒ ｃ ： ｔａ ｔ ＴＥＯＳ ａ ｄ ＰＥＧ ｔ ｉ ｅ ｅ ｔｒｌ ｔ ｅ ｍｏ ．ｗｔ ｎ ｗｉｈ ｄ ｆ ｒ ｎ ｅａ ｉ １ ｖ ．ｗｅ ｅ ｕ ｅ ｓ ｒｗ ｔｒａｓｔ ｒ ｐ ｒ ｉ ｇｅ ｒ ｓ ｄ ａ ａ ｍａｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ａ ｅ ｓｎ ｌ ｉ ｌｙ ｒａ ｔ ｅ ｅ ｆ ｅ Ｓ Ｏ２ ｆｌ ｓ ｎ ｂｏｏ ｉ ｃ ｔ ｌｓ ｙ ｏ ａ ｅ ｎ ｒ ｆ ｅ ｖ ｉ ｍ ｏ ｒ ｓｌ ａｅ ｇ ａ ｓ ｂ ｓ ｌ— ｇ ｌ ｍｅｈ ｄ ｉ ｌ ｉ ｉ ｉ ｅ ｔ ｏ ． ｅ ｅａ ｉｎ ｈ ｐ ｂ ｔ ｅ ｒ ｌｔ ｓ ｉ ｓ ｅｗｅ ｎ ｏ
Ｋｅ ｒ ｓ： ｎ ｉｅ ｅ ｔｖ ｌ ；ｂ ｒ ｓｌｃ ｔ ｌｓ ｙ ｗｏ ｄ ａ ｔｒｆ ｃｉｅ ｆ ｍ ｌ ｉ ｏ ｏ ｉｉａ ｅｇ ａ ｓ；ｓ ｌ—ｇ ｌ ｒ ｎ ｍｉ ａ ｃ ｏ ｅ ；ｔａ ｓ ｔ ｎ ｅ ｔ
０ 引 言
为 了提高光通 过光 学部件 的透过 率 和降低 表 面 反射 ， 反射 薄膜 （ 透 膜 ） 减 增 在许 多 领域 得 到 了应 用 ， 如
（ 东 理 工 大 学无 机 材 料 系 ， 海 华 上
摘要 ： 以正硅 酸 乙酯（ Ｅ Ｓ 、 同相对分 子量 的聚 乙二醇 （ Ｅ 为 主要原料 ， 用溶胶 一凝胶 法 Ｔ Ｏ ）不 Ｐ Ｇ） 采
在硼硅 酸 盐玻 璃板 上制备 单层 ＳＯ 减 反射 薄膜 ， 究 了制备 工 艺对薄膜 光 学性 能 的影 响。结 果 ｉ 研
Ｐ Ｇ Ｋ时 ， Ｅ６ 表面产 生 ３ ｍ 的 ＳＯ 颗粒 。这些 差别会 对薄膜 的透过 率和反 射率有 一定 的影 响。 ０ｎ ｉ： ２２ 聚 乙二醇 对薄膜 光 学性能 的影响 ． 大部 分的太 阳能辐射 都是集 中在 １０～ ０ ｍ波长 范围之 间 ， 中 ５ ％的能量 集 中在可见 光 区 ，３ ７ ４００ｎ 其 ０ ４％
图 １ 添 加 Ｐ Ｇ Ｋ的 ＳＯ 薄 膜 表 面 的光 学 照 片 （ ｏ Ｅ１ ｉ： ２ｏ×）
图 ２ 添 加 Ｐ Ｇ Ｋ 的 ＳＯ Ｅ１ ｉ 薄膜 表 面 的 Ｓ Ｍ 图 Ｅ
・
８・
玻 璃 与搪 瓷
２０ ０ ９年 ４月
膜 ， 免 了因膜 层表 面状态 变差而 造成 的散射 问题 。 避
外可见分 光光度计 （ ｐ ｃ ｕ ｌｂ４， 光科技 ） 试薄膜 的透过率 ， 定波长 为 ３０ｎ 至 ８０ｎ Ｓ ｅｔ ｍ ａ ５ 棱 ｒ 测 设 ０ ｍ ０ ｍ。使用紫外
可见分光光 度计 （ａｙ０ ， ａｉ ） 试薄膜 的反射率 ， ｃｒ ０ Ｖ ｒ ｎ 测 ５ ａ 设定波 长为 ４０ｎ ０ ｌ ８０ｒ ｎ至 ０ ｍ。 ｉ
在加热炉 中以 １【 ｍｉ ＝ ｎ的升温速率 加热至 ４ ０Ｃ 热处理 ３ ｉ。 ａ／ ０ ｏ下 ０ ｍｎ
１４ 薄膜 的表 征 ．
使用 Ｌｉ 光学显微镜 ２０ ｅｚ ｔ ０ 倍下观察薄膜表面均匀性。使用扫描 电子显微镜 （Ｓ ６６Ｌ ， Ｅ Ｌ 观 ＪＭ一 ３０ Ｖ Ｊ Ｏ ）
察表面结构 和形 态 。使用 原子力 显微镜 （ ａｏｃｐ ｍ， ｅｃ） Ｎ ｎＳｏｅ Ｖ ｅｏ 观察 表面微 观形 貌和测 量 薄膜厚 度 。使 用 紫
阴极射线管（ Ｒ ） 、 Ｃ Ｔ … 橱窗玻璃 、 Ｊ高能激光器 、 Ｊ太阳能吸收器 － 以及其它应用＿ 。通常 ， ４ ８ Ｊ 人们有很多
方法 来制备 减反射 薄膜 ， 如化学 气相 沉积 （ Ｖ 、 控 溅 射 ¨。自组 装 合成 ¨ 溶 胶 一凝 胶 法 －］ Ｃ Ｄ） 磁 。、 ¨、 ７以及 其 它方法 ¨ 。其 中 ， 胶 一 胶法有 许多优 良的特性 ， 溶 凝 如薄 膜各 相 同性 、 面涂 膜 、 分 可控 以及 可 应用 于 双 成 各 种不规 则 的表 面等 。因此 ， 胶 一 胶法 常用来 在各种 基体表 面制备 不 同性 能 的功能膜 ］ 溶 凝 。 溶胶 中添 加有 机 聚 合 物 在 普 通 硅 酸 盐 玻 璃 和 各 种 光 学 晶体 上 制 备 减 反 射 薄 膜 的 方 法 日益 得 到 重
表明： Ｅ Ｐ Ｇ的添加 量可 以 改变 薄膜 的透 过率 ， Ｐ Ｇ Ｔ Ｏ 当 Ｅ ／ Ｅ Ｓ的摩 尔比 为 ５ ／ ０时能达 到最大值 。 ０５
Ｐ Ｇ Ｋ能将反射 率最 小值 调 整到 ５０ｎ Ｅ １ ５ ｍ，从而对 应于最 高 的太 阳辐射 波长 。
关键 词 ： 反射膜 ； 减 硼硅 酸盐玻 璃 ； 溶胶 一凝胶 ； 透过 率 中图分类号 ：Ｑ ７ ．３ Ｔ １ １７ ４ 文献标识 码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ０—２ ７ （ ０ ９ ０ ０ ０ ０ １０ ８ １ ２ ０ ） ２— ０ ６— ４
为 １ ０ 、 ０ 、 ０ ０２００４００和 ６００ 分别 表示为 Ｐ Ｇ Ｋ Ｐ Ｇ Ｋ、Ｅ ４ ０ ０ （ Ｅ １ 、Ｅ ２ Ｐ Ｇ Ｋ和 Ｐ Ｇ Ｋ ， Ｅ ６ ） 水为 去离子水 。以正硅 酸乙 酯、 乙醇 和水 为原料 ， 以盐酸为催 化剂 ， 尔 比 Ｔ Ｏ 按摩 Ｅ Ｓ：Ｈ Ｏ：Ｈ １ ｔＨ＝１：２：００４：２ ２ Ｃ ：ＥＯ ．０ ４的比例 充 分搅拌 ｌ ｈ进行 预水解 。不 同相对 分子量 的聚 乙二醇 随后 以一定 的添 加量分别加 入溶 胶 中 ， Ｐ Ｇ与 Ｔ Ｏ 使 Ｅ ＥＳ 摩 尔量之 比 ／ Ｐ Ｇ）ｎ Ｔ Ｏ ） ｔ ＇ Ｅ ／ （ Ｅ Ｓ 分别 为 ３／０ ４／０５ ／０６／０和 ７／０ 并继 续搅 拌 １５ｈ后静 置 １天 ， （ ０７ 、０６ 、０ ５ 、０４ ０３ ， ． 等待拉膜 。
１３ 薄膜 的制 备 ．
在 ２℃的清洁环境下用提拉法对基片进行涂膜（ ５ 涂膜时粘度为 ０ １ｃａ・ ） 提拉速度保持在 ５ｃ ／ ． Ｐ ｓ ， ｍ
ｍｎ 静置在溶液 中 ０５ｍｎ后 以同样 的提拉 速度取 出基片 。制备 的薄膜 先在 ５ ｏ 的干燥箱 内干燥 １ ， ｉ， ． ｉ Ｏ【 ＝ ｈ随后